Колоїдний розчин наночасток золота та амінокислот

Реферат: Колоїдний розчин наночасток золота та амінокислот містить наночастки золота та амінокислоту як стабілізатор наночасток у водному середовищі. При цьому водний розчин має нейтральний водневий показник рН. UA 69948 U (12) UA 69948 U UA 69948 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі отримання металевих наночасток шляхом їх синтезу з солей відповідних металів з використанням відновників та подальшою стабілізацією наночасток шляхом капсулювання у колоїдному розчині. Отриманий таким чином колоїдний розчин може бути застосований, зокрема, у медицині для створення біологічно активних препаратів. Відомо колоїдний розчин наночасток золота та амінокислот, який містить наночастки золота та амінокислоту. Як стабілізатор використовують крохмаль, агарозу, глюкозу або гуміарабік (заявка US 2007/0051202, опублікована 08.03.2007, МПК: В22F 9/24). Недоліком відомого розчину є наявність відносно крупних часток золота (10...22 нм) та відносно велике розподілення наночасток золота за розміром (3...30 нм). За найближчий аналог прийнято колоїдний розчин наночасток золота та амінокислот, який містить наночастки золота та амінокислоту як стабілізатор наночасток у водному середовищі. Як амінокислоту використовують лізин (Selvakannan P.R., Mandal S., Phadtare S., Pasricha R., and Sastry M. Capping of Gold Nanoparticles by the Amino Acid Lysine Renders Them WaterDispersible // Langmuir 19 (2003) 3545-3549). Недоліком найближчого аналога є відносно невелика концентрація наночасток золота 0,0001 моль/л при концентрації лізину 0,0001 моль/л (0,002 мас. %). При цьому розчин має кислотний рН 3, який є фізіологічно ворожим та обмежує область застосування отриманого колоїдного розчину. В основу корисної моделі поставлена задача розробки способу хімічного синтезу композитного колоїдного розчину з наночастками золота у присутності амінокислоти, в якому як амінокислоту можливо використовувати, крім лізину, такі амінокислоти як аспарагін, глютамін або цитрулін. При цьому розчин має бути нетоксичним, з фізіологічним рН (рН 5...6), мати мінімально можливий розмір наночасток золота та вузький діапазон розподілу наночасток золота за розміром. Поставлена задача вирішується тим, що у колоїдному розчині наночасток золота та амінокислот, що містить наночастки золота та амінокислоту як стабілізатор наночасток у водному середовищі, згідно з корисною моделлю, мольна концентрація золота становить у межах 0,0001...0,002 моль/л при концентрації амінокислоти у межах 0,00005...0,0002 моль/л, при цьому водний розчин має нейтральний водневий показник рН. Як амінокислоту-стабілізатор можуть використовувати лізин або аспарагін або глютамін або цитрулін. Розмір d наночасток золота може становити 7...10 нм. Наночастки золота можуть мати розподіл за розміром d до 30 нм. Максимальне значення λмакс максимуму смуги плазмонно-резонансного поглинання світла в електронних спектрах колоїдного розчину може становити у межах 520...800 нм. Це відповідає розміру наночасток золота у оптимальних умовах 7... 10 нм та відсутності значної агрегації наночасток. Винахідниками шляхом численних дослідів винайдено, що додавання амінокислоти під час здійснення хімічного синтезу наночасток золота дозволяє досягти та зберегти відносно малий розмір наночасток золота (7...10 нм), стабілізувати їх розподіл за розміром та запобігти об'єднанню їх у агрегати, що призводить до небажаного укрупнення наночасток та розширення їх розподілу за розміром. Цей ефект стабілізації досягається за рахунок того, що амінокислота адсорбується на поверхні наночасток золота безпосередньо у момент їх формування. Перелік графічних матеріалів Для пояснення суті корисної моделі нижче наведено приклад конкретного колоїдного розчину наночасток золота та амінокислот та спосіб його отримання. Приклад ілюструється наступними графічним зображеннями та таблицями: фіг. 1 - діаграма розподілу за розміром наночасток золота у колоїдному розчині, який містить лізин (дані одержано методом спектроскопії динамічного розсіювання світла); фіг. 2 - зображення електронного спектра поглинання колоїдних наночасток золота, які містять лізин; фіг. 3 - фото з фрагментом растрового електронного мікрозображення наночасток золота (режим «темного поля»). Наведений приклад конкретного виконання та графічні матеріали ніяким чином не обмежують обсяг домагань, викладений у формулі, а тільки пояснюють суть корисної моделі. Приклад концентрації компонентів колоїдного розчину наночасток золота та амінокислоти (тут і далі АК - амінокислота): -3 [Au]=1×10 моль/л (197 мг/л). -4 -3 [АК]=5×10 - 2×10 ваг. %. Спосіб № 1 отримання наночастокзолота у колоїдних розчинах у присутності амінокислот. 1 UA 69948 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Вихідні розчини для отримання колоїдного розчину наступні. Розчин № 1, тетрахлороаурат натрію [NaAuCl4]=0,1 моль/л (0,199 г NaAuCl4×2H2O розчиняють у 10,00 мл дистильованої води); Розчин № 2, [АК]=0,1 ваг. % (0,01 г АК розчиняють у 10,00 мл дистильованої води); Розчин № 3, боргідрид натрію [NaBH4]=0,2 ваг. % (0,02 г NaBН4 розчиняють у 10,00 мл дистильованої води). Синтез колоїдного розчину наночасток золота та амінокислоти за способом № 1 здійснюють так. У колбу об'ємом 25 мл вносять 9,3 мл дистильованої води, потім 0,1 мл розчину № 2, потім 0,1 мл розчину № 1 і, нарешті, при інтенсивному перемішуванні на магнітній мішалці при 25 °С додають 0,2 мл розчину № 3 по краплях протягом 15 сек., потім додають додатково 0,3 мл розчину № 3. Загальний обсяг отриманого колоїду становить 10,00 мл. Таблиця 1 містить дані про залежність відповідних якостей колоїдного розчину отриманого відповідно до способу № 1 при змінюванні концентрації реагентів. Спосіб № 2 отримання наночасток золота у колоїдних розчинах у присутності амінокислот. Вихідні розчини для отримання колоїдного розчину наступні. Розчин № 1, тетрахлороаурат натрію [NaAuCl4]=0,1 моль/л (0,199 г NaAuCl4×2H2O розчиняють у 10,00 мл дистильованої води); Розчин № 2, [АК]=0,1 ваг. % (0,01 г АК розчиняють у 10,00 мл дистильованої води); Розчин № 3, боргідрид натрію [NaBH4]=0,2 мас. % (0,02 г NaBH4 розчиняють у 10,00 мл дистильованої води); Розчин № 4, гідроксид натрію [NaOH]=1 моль/л (0,4 г гідроксиду натрію розчиняють у 10,00 мл дистильованої води); Розчин № 5, [Аскорбінова кислота]=0,1 моль/л (0,17 г аскорбінової кислоти розчиняють у 10,00 мл дистильованої води). Синтез колоїдного розчину наночасток золота та амінокислоти за способом № 2 здійснюють так. У колбу об'ємом 25 мл вносять 9,25 мл дистильованої води, потім послідовно додають 0,1 мл розчину № 2, 0,1 мл розчину № 1 і 0,05 мл розчину № 4. Потім при інтенсивному перемішуванні вмісту колби на магнітній мішалці при 25 °С додають 0,05 мл розчину № 3, після чого протягом 0,5...3 хвилини додають 0,5 мл розчину № 5. Загальний обсяг отриманого колоїду становить 10,00 мл. Таблиця 2 містить дані про залежність відповідних якостей колоїдного розчину отриманого відповідно до способу № 2 при змінюванні концентрації реагентів. Спосіб № 3 отримання наночасток золота у колоїдних розчинах у присутності амінокислот. Вихідні розчини для отримання колоїдного розчину наступні. Розчин № 1, тетрахлороаурат натрію [NaAuCl4]=0,1 моль/л (0,199 г NaAuCl4×2H2O розчиняють у 10,00 мл дистильованої води); Розчин № 2, [АК]=0,1 ваг. % (0,01 г АК розчиняють у 10,00 мл дистильованої води); Розчин № 3, гідроксид натрію [NaOH]=1 моль/л (0,4 г гідроксиду натрію розчиняють у 10,00 мл дистильованої води); Розчин № 4, [Аскорбінова кислота]=0,1 моль/л (0,17 г аскорбінової кислоти розчиняють у 10,00 мл дистильованої води). У колбу об'ємом 25 мл вносять 9,3 мл дистильованої води, потім послідовно додають 0,1 мл розчину № 2, 0,1 мл розчину № 1 і 0,05 мл розчину № 3. Після цього при інтенсивному перемішуванні на магнітній мішалці при 25 °С додають 0,05 мл розчину № 4 і, не припиняючи перемішування, через 2...5 сек. додають 0,45 мл розчину № 4. Обсяг отриманого колоїдного розчину складає 10,00 мл. Таблиця 3 містить дані про залежність відповідних якостей колоїдного розчину отриманого відповідно до способу № 3 при змінюванні концентрації реагентів. У таблиці 1, 2, 3: λмакс - максимум полоси плазмоннорезонансного поглинання у електронних спектрах отриманих колоїдних розчинів, d - розмір наночасток золота. Варто зазначити, що способи № 2 і № 3 схожі. Вони мають в основі механізм створення на першому етапі високої концентрації первинних зародків кристалізації (шляхом внесення першої відносно невеликої порції відновника, NaBH4 або аскорбінової кислоти). При наступному введенні основної маси відновника відбувається рівномірне зростання наночасток на заздалегідь сформованих центрах. Структурні характеристики отриманих наночасток продемонстровано на прикладі колоїдних розчинів, що містять лізин, колоїдні розчини з іншими амінокислотами, а саме аспарагін, глютамін, цитрулін, мають аналогічні характеристики. 2 UA 69948 U 5 За даними спектроскопії динамічного розсіювання світла (фіг. 1), параметрів смуг плазмоннорезонансного поглинання у електронних спектрах (фіг. 2) і даними растрової електронної мікроскопії (фіг. 3) визначено розмір частинок, який складає у оптимальних умовах 5...10 нм, і виявлено відсутність значної агрегації наночастинок золота. Таким чином, отримують композити окремих неагрегованих наночасток золото/амінокислота, зокрема з такими амінокислотами, як лізин, аспарагін, глютамін, цитрулін в одну стадію у нейтральному середовищі з рН 7. Отримані таким чином композити мають мінімальний розмір наночасток золота та вузький діапазон розподілу наночасток за розміром. Таблиця 1 200 200 0,001 0,001 [NaBH4], ваг. % 0,001 0,002 200 0,001 0,005 550 200 200 0,001 0,001 0,006 0,008 540 530 200 0,001 0,01 520 200 0,001 0,014 520 200 0,0005 0,01 520 200 0,001 0,01 520 200 200 0,0015 0,002 0,01 0,01 530 540 200 0,003 0,01 550 200 0,005 0,01 550 200 0,01 0,01 570 40 0,0002 0,01 520 100 0,0005 0,01 520 200 0,001 0,01 520 400 1000 0,002 0,005 0,01 0,01 540 800 [Аu], мг/л [АК], ваг. % λмакс, нм Колір розчину 800 650-800 синій фіолетово-синій фіолетововишневий вишневий червоний помаранчевочервоний помаранчевочервоний помаранчевочервоний помаранчевочервоний червоний вишневий фіолетововишневий фіолетововишневий фіолетовий помаранчевочервоний помаранчевочервоний помаранчевочервоний вишневий фіолетово-синій 10 3 >100 80-100 Наявність агрегації + + 50-80 30 20 10 10 10 10 20 30 50-80 50-80 70-90 d, нм 10 10 10 30 80-100 + UA 69948 U Таблиця 2 [Аuи], [АК], ваг. мг/л % [NaOH], моль/л [Аскорбінова кислота], λмакс, нм моль/л 0,005 650-800 200 0,001 0 200 0,001 0,002 0,005 550-600 200 0,001 0,005 0,005 520 200 0,001 0,01 0,005 520 200 0,001 0,001 0,001 650-800 200 0,001 0,002 0,002 550-600 200 0,001 0,005 0,005 520 200 0,001 0,01 0,01 520 200 0,001 0,005 0,005 520 200 200 0,0015 0,002 0,005 0,005 0,005 0,005 530 540 200 0,003 0,005 0,005 550 200 0,005 0,005 0,005 550 200 0,01 0,005 0,005 570 Колір розчину d, нм Наявність агрегації фіолетово-синій фіолетововишневий помаранчевочервоний помаранчевочервоний фіолетово-синій фіолетововишневий помаранчевочервоний помаранчевочервоний помаранчевочервоний червоний вишневий фіолетововишневий фіолетововишневий фіолетовий 80-100 + 50-80 + 10 10 80-100 + 50-80 + 10 10 10 20 30 50-80 50-80 70-90 Таблиця 3 [Аu], мг/л [АК], ваг. % [NaOH], моль/л 200 0,001 0 [Аскорбінова кислота], моль/л 0,005 200 0,001 0,002 0,005 550-600 200 0,001 0,005 0,005 520 200 0,001 0,01 0,005 520 200 0,001 0,001 0,001 650-800 200 0,001 0,002 0,002 550-600 200 0,001 0,005 0,005 520 200 0,001 0,01 0,01 520 200 0,001 0,005 0,005 520 200 200 0,0015 0,002 0,005 0,005 0,005 0,005 530 540 200 0,003 0,005 0,005 550 200 0,005 0,005 0,005 550 200 0,01 0,005 0,005 570 λмакс, нм 650-800 4 Колір розчину d, нм фіолетово-синій 80-100 фіолетово50-80 вишневий помаранчево10 червоний помаранчево10 червоний фіолетово-синій 80-100 фіолетово50-80 вишневий помаранчево10 червоний помаранчево10 червоний помаранчево10 червоний червоний 20 вишневий 30 фіолетово50-80 вишневий фіолетово50-80 вишневий фіолетовий 70-90 Наявність агрегації + + + + UA 69948 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 1. Колоїдний розчин наночасток золота та амінокислот, що містить наночастки золота та амінокислоту як стабілізатор наночасток у водному середовищі, який відрізняється тим, що мольна концентрація золота становить у межах 0,0001...0,002 моль/л при концентрації амінокислоти у межах 0,00005...0,0002 моль/л, при цьому водний розчин має нейтральний водневий показник рН. 2. Колоїдний розчин наночасток золота та амінокислот за п. 1, який відрізняється тим, що як амінокислоту-стабілізатор використовують лізин або аспарагін, або глютамін, або цитрулін. 3. Колоїдний розчин наночасток золота та амінокислот за п. 1, який відрізняється тим, що розмір d наночасток золота становить 7...10 нм. 4. Колоїдний розчин наночасток золота та амінокислот за п. 1, який відрізняється тим, що наночастки золота мають розподіл за розміром d до 30 нм. 5. Колоїдний розчин наночасток золота та амінокислот за п. 1, який відрізняється тим, що максимальне значення λмакс максимуму смуги плазмонно-резонансного поглинання світла в електронних спектрах колоїдного розчину становить у межах 520...800 нм. 5 UA 69948 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6